Анализ существующего процесса экструзии биомассы. Выбор схемы и технических средств автоматизации. Проектирование трехуровневой автоматизированной системы управления технологическим процессом экструдирования материалов растительного происхождения.
Аннотация к работе
.3 Постановка задачи автоматизации Выбор схемы и технических средств автоматизации 2.1 Анализ и выбор схемы автоматизации 2.2 Выбор технических средств автоматизации Синтез системы автоматического управления процессом экструдирования материалов растительного происхожденияВ настоящее время под термином "автоматизация" понимается применение и внедрение автоматических устройств, приводящие к освобождению человека от непосредственного участия в технологических процессах. Теоретическую и практическую базу автоматизации составляет целая область знаний - автоматика. В современной автоматизации слились достижения различных областей знаний - математики и электроники, физики и химии, кибернетики и бионики. Развитие вычислительной техники сделало возможным создание больших автоматических систем управления сложными производственными процессами и целыми отраслями промышленности. В настоящее время автоматизация имеет решающее значение, важнейшими целями, которых является снижение трудоемкости производства, улучшение качества изделий, созданий условий труда, сберегающих физические и интеллектуальные силы человека при выполнении различных процессов.Далее, пройдя через нижний желоб жаровни, мятка достигает температуры 105 градусов и лопасти шнека-мешалки жаровни подают нагретую мятку через лючок в пресс. Ввиду сложности этих пространств, при исследовании их обычно заменяют более простыми, например: в систему нескольких пар параллельных плоскостей, между которыми движется прессуемый материал и для которого при этом сохраняется свойство непрерывности объемной производительности в шнековом механизме. На технологический процесс большое влияние оказывает материал, который подвергается экструзии, в основном это биополимеры. Реологические свойства материала характеризуются коэффициентом консистенции материала и индексом течения, определяющим отклонение свойств данного материала от свойств ньютоновской жидкости. На данный процесс, также оказывает влияние влажность прессуемого материала, угловая скорость шнека, набор его конструктивных параметров: внешний и внутренний диаметры шнека, шаг и осевая толщина винтовой лопасти шнека, длина шнека, число заходов шнека, коэффициент формы канала шнека, внутренний диаметр шнекового корпуса, диаметр компрессионной шайбы, величина зазора компрессионного затвора и его протяженность, диаметр и длина фильеры, число фильер и, как следствие этих факторов, - температура, создаваемая в экструдере, которая влияет на качество конечного продукта и степень его готовности.На основе разработанной теории экструзии биомассы [4,5,7,8], анализа конструктивных параметров пресса МАПП - 113, учитывая реальные реологические параметры прессуемой биомассы в ходе данного проекта было предложено усовершенствование пресса-экструдера МАПП-113. Во - первых, для обеспечения изменения скорости вращения шнека было предложено заменить применяющийся в настоящее время в прессе асинхронный двигатель - на двигатель постоянного тока серии 4ПН 400-22 МУ 3 с хорошими динамическими и статическими свойствами. Параметры рассчитанной система всесторонне исследовались с помощью пакета программ MATLAB, что подтвердило ожидаемые результаты: - статизм по скорости системы при разомкнутой обратной связи по мощности, то есть пока мощность не выходит за уровень стабилизации, составляет при номинальной нагрузке 1.7 1/с, что составляет 2.
План
Содержание
Введение
1. Описание объекта управления
1.1 Анализ существующего процесса экструзии
Введение
Автоматизация проектирования технологий и управления производственными процессами - один из основных путей интенсификаций производства, повышения его эффективности и качества продукции.
В настоящее время под термином "автоматизация" понимается применение и внедрение автоматических устройств, приводящие к освобождению человека от непосредственного участия в технологических процессах. Теоретическую и практическую базу автоматизации составляет целая область знаний - автоматика. Этим же словом обозначается определенная совокупность механизмов и устройств, действующих автоматически.
В современной автоматизации слились достижения различных областей знаний - математики и электроники, физики и химии, кибернетики и бионики. Влияние автоматизации распространяется даже на область философии и психологии.
Огромный скачок в развитии автоматического управления был совершен, когда в системы автоматического регулирования стали, включатся быстродействующие электронные вычислительные машины. Развитие вычислительной техники сделало возможным создание больших автоматических систем управления сложными производственными процессами и целыми отраслями промышленности.
В настоящее время автоматизация имеет решающее значение, важнейшими целями, которых является снижение трудоемкости производства, улучшение качества изделий, созданий условий труда, сберегающих физические и интеллектуальные силы человека при выполнении различных процессов. А также полное исключение условий вредно влияющих на здоровье. С увеличением надежности электронных комплексов и автоматических систем функции контроля человека начинают сокращаться. Однако еще во многих технических устройствах функции управления и контроля остаются за человеком. Именно человек решает, когда и как следует изменить поведение устройства, чтобы получить желаемый результат. Однако, увеличение мощности и быстродействия машин и механизмов, повышение требований к точности различных процессов и появление новых, более сложных технологических процессов приводит к тому, что человек не в состоянии управлять ими с необходимыми скоростью и точностью. Таким образом, в ходе технологического процесса возникает необходимость в исключении человека из операций управления для более совершенного их выполнения. Задача автоматизации тем более важна, что рост масштабов и темпов производства, в усложнении технических устройств и технологических процессов приводит к принципиальной возможности их реализации без автоматического управления.
В современных социально-экономических условиях особое значение приобретает повышение эффективности работы перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса. Важную роль в этом процессе играет повышение качества управления технологическими объектами сложной структуры, в том числе путем применения автоматизации с применением методов математического моделирования при проектировании и эксплуатации оборудования.
Задача автоматизации тем более важна, что рост масштабов и темпов производства, усложнение технических устройств и технологических процессов часто приводит к принципиальной невозможности их решения без автоматического управления. Автоматизация и электрификация всех отраслей народного хозяйства проводит к облегчению труда рабочих, к уничтожению существенного различия между трудом умственным и трудом физическим, к дальнейшему повышению материального благосостоянию российских людей.
Производственный механизмы, без которых нельзя в настоящее время представить себе ни одной фабрики, ни одного завода, равно как механизированного транспорта и передового сельского хозяйства, прошли длинный путь своего развития, прежде чем приняли вид современных машин, где гений и труд человека нашли свое материальное воплощение.
Современное машинное устройство или, как его называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числа разнообразных деталей, отдельных машин и аппаратов, выполняющих различные функции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечение определенного производственного процесса. Необходимо хорошо знать назначение отдельных элементов, так как без этого невозможно проектировать и создать машину, а также невозможно правильно обслуживать ее в эксплуатации.
Одними из самых энергоемких технологических объектов пищевой промышленности являются одношнековые прессующие механизмы, которые в последнее время стали активно использоваться при экструдировании материалов растительного происхождения (биополимеров). Особенностью прессов-экструдеров является сложность и разнообразие процессов обработки биополимеров.
Вместе с тем, существующие теории процесса экструдирования не позволяют прогнозировать его технико-экономические характеристики и качество вырабатываемого продукта. В связи с этим, важной представляется задача оптимизации конструкций экструдеров, режимов процесса экструдирования с целью ресурсосбережения и обеспечения необходимого качества полуфабриката.
Таким образом, необходимость создания эффективных систем управления технологическими объектами сложной структуры в пищевой промышленности и недостаточная разработанность теории процесса экструдирования делают данную работу актуальной.
Вывод
На основе разработанной теории экструзии биомассы [4,5,7,8], анализа конструктивных параметров пресса МАПП - 113, учитывая реальные реологические параметры прессуемой биомассы в ходе данного проекта было предложено усовершенствование пресса-экструдера МАПП-113.
Во - первых, для обеспечения изменения скорости вращения шнека было предложено заменить применяющийся в настоящее время в прессе асинхронный двигатель - на двигатель постоянного тока серии 4ПН 400-22 МУ 3 с хорошими динамическими и статическими свойствами. Для него была спроектирована САР, настроенная на технический оптимум, с системой стабилизации мощности на требуемом уровне. Параметры рассчитанной система всесторонне исследовались с помощью пакета программ MATLAB, что подтвердило ожидаемые результаты: - статизм по скорости системы при разомкнутой обратной связи по мощности, то есть пока мощность не выходит за уровень стабилизации, составляет при номинальной нагрузке 1.7 1/с, что составляет 2.16 % от скорости холостого хода, что обеспечивается не только контурами регулирования тока и скорости, но и хорошими статическими свойствами самого двигателя;
- погрешность при стабилизации мощности при самом тяжелом варианте, когда теоретическая мощность вращения шнека превышает на 15 % уровень стабилизации мощности составляет 1,96 % от уровня стабилизации, что вполне можно считать удовлетворительной работой системы;
- при самом тяжелом режиме перерегулирования по току составляют 5.1 %, по скорости - 4.98 %, по мощности - 4.6 %.
Для управления прессом в целом, была спроектирована трехуровневая система АСУ ТП.
Третий, верхний уровень управления, реализован на промышленном компьютере SIMATIC Box PC 820 компании Siemens. На него возложены функции расчета оптимальных параметров процесса экструзии любой биомассы, а не только семян подсолнечника. Разработанная программа на языке Visual Basic, с понятным оператору интерфейсом, позволяет возложить все функции по управлению и контролю за работой пресса - на ЭВМ.
Второй уровень управления работой пресса реализован на базе платформы Premium, в состав которой входит разнообразный набор унифицированных модулей, позволяющих реализовать все необходимые функции - от управления до контроля, как силовыми цепями, так и цепями слаботочными. Имеющиеся возможности изменения и наращивания конфигурации, позволит в дальнейшем при необходимости автоматизировать весь комплекс.
Список литературы
1. Башарин Н.К., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат, 1982 г. - 392с., ил.
2. Зубкова Т.М., Насыров А.Ш. Анализ изменения производительности одношнекового экструдера от режима эксплуатации. Современные аспекты компьютерной интеграции машиностроительного производства: Материалы всероссийской научной конференции. Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2003.
3. Карташов Л.П., Зубкова Т.М., Насыров А.Ш. Анализ режимов эксплуатации одношнековых прессующих механизмов. Техника в сельском хозяйстве. - 2003. -№ 5.
4. Соколов Н.Г. Основы конструирования электроприводов. - М.: Энергия, 1971г. - 256 с., ил.
5. Фишбейн В.Г. Расчет систем подчиненного регулирования вентильного электропривода постоянного тока. - М.: Энергия, 1972г. - 134с., ил.
6. Chapt_l_CPU_RU.pdf. Платформа автоматизации Premium. Процессоры и сопроцессоры. Рекомендации по выбору.
8. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник. И. X. Евзеров, А.С. Горобец, Б.И. Мошкович и др. Под ред. В.М. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат, 1998г. - 319с., ил.
9. МАПП 113.00.00.000ПС Паспорт "Пресс шнековый для получения растительных масел".
10. Справочник по автоматизированному электроприводу. Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. - М.: Энергоатомиздат. 1983г. - 616 с.
Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод постоянного тока. - М.: Энергоиздат, 1982-192 c., ил.
11.Токарев Б.Ф. Электрические машины. Учеб. пособие для вузов. - М: Энергоатомиздат, 1990: - 642 с.: ил.
12. Булгаков А.А. Частотное управление двигателем постоянного тока - М.: Энергоиздат, 1982. - 216 c.
13. Ю.Г. Сибаров, Н.Н. Сколотнев. Охрана труда в вычислительных центрах. М: Машиностроение, 1985.
14. Липаев В.В., Потапов А.И. Оценка затрат на разработку программных средств. - М.: Финансы и статистика, 1988. - 224 c.: ил.
15. Боэм Б.У. Инженерное проектирование программного обеспечения.: Пер. с англ. - М.: Радио и связь. 1985. - 512 c.
16. Справочник технолога машиностроителя. В 2х томах. Издание перераб. и доп. Под ред. А.Г. Косиловой. - М.: Машиностроение, 1988 г.
17. Цифровые и аналоговые микросхемы: Справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулешова и др.; Под ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989. - 496 с.: ил.
18. Кривицкий С. О., Эпштейн И.И. Динамика частотно - регулируемых электроприводов с автономными инверторами. - М.: Энергия, 1970. - 150 c.
19. Соколов Н.Г. Основы конструирования электроприводов. - М.: Энергия, 1971 г. - 256 с., ил.
20. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергия,1979г. - 408 с., ил.
21. Под ред. к.т.н. Павлова Н.Н. и инж. Шиллера Ю.И., Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Книга 1. Москва, Стройиздат, 1992 г.